天氣雷達，是氣象雷達的一種，是監(jiān)測和預(yù)警強對流天氣的主要工具，其工作原理是通過發(fā)射一系列脈沖電磁波，利用云霧、雨、雪等降水粒子對電磁波的散射和吸收，為探測降水的空間分布和鉛直結(jié)構(gòu)，并以此為警戒跟蹤降水系統(tǒng)。天氣雷達常用的波長大多在1-10cm范圍。因10cm波長的衰減小，用于探測臺風(fēng)、暴雨及冰雹較好。國內(nèi)目前普遍使用的是國產(chǎn)713雷（5.6cm）、714雷達（10cm）和711雷達（3.2cm），可探測雷達站周圍幾百公里范圍內(nèi)的天氣系統(tǒng)。
原理
天氣雷達多為脈沖雷達，它以一定的重復(fù)頻率發(fā)射出持續(xù)時間很短（0.25～4微秒）的脈沖波，然后接收被降水粒子散射回來的回波脈沖。降水對雷達發(fā)射波的散射和吸收同雨滴譜、雨強、降水粒子的相態(tài)、冰晶粒子的形狀和取向等特性有關(guān)（見云和降水粒子的微波散射、云和降水粒子的微波吸收）。因此，分析和判定降水回波，可以確定降水的各種宏觀特性和微物理特性。在降水回波功率和降水強度之間已建立有各種理論和經(jīng)驗的關(guān)系式，利用這些關(guān)系，可以根據(jù)回波功率測定雷達探測范圍內(nèi)的降水強度分布和總降水量（見雷達測量降水）。
結(jié)構(gòu)
天氣雷達由以下幾個基本部分組成：發(fā)射機──產(chǎn)生高頻脈沖，定向天線──發(fā)射探測脈沖和接收回波脈沖，按收機──放大回波脈沖信號，顯示器──顯示氣象目標(biāo)物（如降水區(qū)、風(fēng)暴）相對于雷達的位置、回波強度和結(jié)構(gòu)。天氣雷達常用的顯示器有3種：①距離顯示器(A顯或A/R顯)。顯示不同距離上氣象目標(biāo)物的回波強度的一種儀器。②平面位置顯示器(PPI)。以雷達站為顯示中心，把氣象目標(biāo)物的方位和距離的平視圖以極坐標(biāo)形式顯示出來的一種指示儀器。它可反映降水區(qū)、風(fēng)暴等的水平分布。③距離高度顯示器(RHI)。把在給定方位的鉛直平面內(nèi)氣象目標(biāo)物的距離和高度以直角坐標(biāo)形式顯示出來的一種指示儀器。它可反映降水區(qū)、風(fēng)暴等的鉛直結(jié)構(gòu)。70年代以后，定量探測的天氣雷達還附有小型計算機的數(shù)字處理系統(tǒng)。
特點
天氣雷達的結(jié)構(gòu)有以下一些特點：①采用對數(shù)中頻放大器。它可使輸出近似正比于輸入信號強度的對數(shù)，從而保證變化范圍比較大的云和降水回波強度都能得到相應(yīng)的顯示。②有距離訂正。由于接收功率Pr和距離R的平方成反比（見氣象雷達方程），經(jīng)距離訂正后便可直接比較不同距離上的回波的強弱。③具有視頻積分處理器(VIP)。由于降水回波信號具有隨機起伏的性質(zhì)，需要把探測范圍分成苦干小區(qū)域，對每一個小區(qū)域的回波信號進行平均。然后，按回波強度，實現(xiàn)黑白、彩色和數(shù)字分層顯示。④定量測定降水的雷達已有實時監(jiān)測雷達參數(shù)設(shè)備。⑤先進的天氣雷達已由電子計算機控制，并由電子計算機處理氣象資料，如降水量、氣流速度等。
新一代多普勒天氣雷達
常規(guī)天氣雷達的探測原理是利用云雨目標(biāo)物對雷達所發(fā)射電磁波的散射回波來測定其空間位置、強弱分布、垂直結(jié)構(gòu)等。新一代多普勒天氣雷達除能起到常規(guī)天氣雷達的作用外，還可以利用物理學(xué)上的多普勒效應(yīng)來測定降水粒子的徑向運動速度，推斷降水云體的移動速度、風(fēng)場結(jié)構(gòu)特征、垂直氣流速度等。新一代多普勒天氣雷達可以有效地監(jiān)測暴雨、冰雹、龍卷等災(zāi)害性天氣的發(fā)生、發(fā)展；同時還具有良好的定量測量回波強度的性能，可以定量估測大范圍降水；多普勒天氣雷達除實時提供各種圖像信息外，還可提供對多種災(zāi)害性天氣的自動識別、追蹤產(chǎn)品。
新一代多普勒天氣雷達在災(zāi)害性天氣監(jiān)測、預(yù)警方面，發(fā)揮著不可替代的作用。目前我國已建成的新一代多普勒天氣雷達主要分S、C兩種波段，S波段雷達主要分布在沿海地區(qū)及主要降雨流域，C波段雷達主要分布在內(nèi)陸地區(qū)。到"十一五計劃"末期，全國將建成158部多普勒天氣雷達構(gòu)成的天氣雷達網(wǎng)。
1、C波段天氣雷達（CINRAD/CC）
北京市氣象局的C波段多普勒天氣雷達可以對臺風(fēng)、暴雨等大范圍強降水天氣的監(jiān)測距離大于400并能獲取150公里半徑范圍內(nèi)的降水區(qū)降水及風(fēng)場信息，可對150公里半徑范圍內(nèi)的降雨進行較準確估測。與常規(guī)天氣雷達相比，CINRAD/CC雷達增加了風(fēng)場信息，能有效地監(jiān)測和預(yù)報陣風(fēng)鋒，下?lián)舯┝?/a>，熱帶氣旋，風(fēng)切變等災(zāi)害性天氣。
2、S波段雷達（CINRAD/SA）
北京市新一代S波段多普勒天氣雷達可以監(jiān)視半徑為400公里范圍的地區(qū)內(nèi)臺風(fēng)、暴雨、颮線、冰雹、龍卷等大范圍強降水天氣，對雹云、龍卷氣旋等中小尺度強天氣現(xiàn)象的有效監(jiān)測和識別距離可達230公里，可在距離雷達150公里處識別雹云中尺度為2～3公里的擬核，或判別尺度為10公里左右的龍卷氣旋。其先進的技術(shù)手段將顯著增強對暴雨、冰雹等災(zāi)害性天氣的監(jiān)測和預(yù)警能力，進一步提高降水預(yù)報的時間、空間分辨率，實現(xiàn)降水預(yù)報的定點、定量、定時化，為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活提供更好的天氣預(yù)報服務(wù)。
中國現(xiàn)狀
2022年7月6日消息，2022年至2024年，中國氣象局將聚焦龍卷、雷暴大風(fēng)、冰雹、短時強降水4類災(zāi)害性天氣開展雷達觀測試驗。中國已建成由236部S波段和C波段新一代天氣雷達構(gòu)成的世界最大的天氣雷達監(jiān)測網(wǎng)。
參考資料 >
我國建成世界最大天氣雷達監(jiān)測網(wǎng).中新網(wǎng).2022-07-08